JP2003282902A - 薄膜太陽電池 - Google Patents
薄膜太陽電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体接合部の凹凸構造に起因して素子の電
気特性が低下するという従来の問題を解消しつつ、高い
光利用効率を実現できる光閉じ込め構造を有した薄膜太
陽電池を提供する。 【解決手段】 透光性基板１１、第１の透明導電膜１
２、少なくともひとつの半導体接合を有する半導体多層
膜１３、第２の透明導電膜１４、および金属膜１５ａが
順次積層された薄膜太陽電池であって、上記第１の透明
導電膜１２と半導体多層膜１３との界面の凹凸の最大高
さＲｍａｘが上記第２の透明導電膜１４と金属膜１５ａ
との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さいことを
特徴とする。
気特性が低下するという従来の問題を解消しつつ、高い
光利用効率を実現できる光閉じ込め構造を有した薄膜太
陽電池を提供する。 【解決手段】 透光性基板１１、第１の透明導電膜１
２、少なくともひとつの半導体接合を有する半導体多層
膜１３、第２の透明導電膜１４、および金属膜１５ａが
順次積層された薄膜太陽電池であって、上記第１の透明
導電膜１２と半導体多層膜１３との界面の凹凸の最大高
さＲｍａｘが上記第２の透明導電膜１４と金属膜１５ａ
との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さいことを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光活性層に薄膜半
導体を用いた薄膜太陽電池に関する。
導体を用いた薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】薄膜Ｓｉ太陽電池に代表される
薄膜太陽電池は、次世代太陽電池として注目されている
が、充分な光電流値を得るには光閉じ込め構造を導入し
て光利用効率の向上を図ることが重要である。特に結晶
質Ｓｉ材料を光活性層に用いる薄膜結晶質Ｓｉ太陽電池
においては、結晶Ｓｉの光吸収係数が長波長側で小さい
ため、数μｍ以下の膜厚で光吸収を充分に生ぜしめて光
電変換をより効率的に行わせるためには、入射光が結晶
質Ｓｉ膜内を多数回反射往復するようにして光をより有
効に閉じ込めることが必要不可欠である。
薄膜太陽電池は、次世代太陽電池として注目されている
が、充分な光電流値を得るには光閉じ込め構造を導入し
て光利用効率の向上を図ることが重要である。特に結晶
質Ｓｉ材料を光活性層に用いる薄膜結晶質Ｓｉ太陽電池
においては、結晶Ｓｉの光吸収係数が長波長側で小さい
ため、数μｍ以下の膜厚で光吸収を充分に生ぜしめて光
電変換をより効率的に行わせるためには、入射光が結晶
質Ｓｉ膜内を多数回反射往復するようにして光をより有
効に閉じ込めることが必要不可欠である。
【０００３】図２に、光閉じ込め構造を有する薄膜太陽
電池の代表的従来例として、スーパーストレート・タン
デム型（ａ−Ｓｉ：Ｈ／μｃ−Ｓｉ：Ｈ）薄膜Ｓｉ太陽
電池の構造を示す。図２中、２１は透光性基板、２２は
第１の透明導電膜、２３は半導体多層膜、２３ａは第１
の半導体接合層、２３ｂは第２の半導体接合層、２４は
第２の透明導電膜、２５ａは第１の取り出し電極となる
金属膜、２５ｂは第２の取り出し電極となる金属膜であ
る。
電池の代表的従来例として、スーパーストレート・タン
デム型（ａ−Ｓｉ：Ｈ／μｃ−Ｓｉ：Ｈ）薄膜Ｓｉ太陽
電池の構造を示す。図２中、２１は透光性基板、２２は
第１の透明導電膜、２３は半導体多層膜、２３ａは第１
の半導体接合層、２３ｂは第２の半導体接合層、２４は
第２の透明導電膜、２５ａは第１の取り出し電極となる
金属膜、２５ｂは第２の取り出し電極となる金属膜であ
る。
【０００４】透光性基板２１としてはガラスや樹脂など
が用いられ、第１の透明導電膜２２としてはＳｎＯ2、
ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物材料が用いられ、第１
の半導体接合層２３ａとしては水素化アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）が用いられ、第２の半導体接合層
２３ｂとしては微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）が用
いられ、第２の透明導電膜２４としては第１の透明導電
膜２２と同様な材料のものが用いられ、金属膜２５ａ、
２５ｂとしてはＡｌ、Ａｇなどが用いられる。
が用いられ、第１の透明導電膜２２としてはＳｎＯ2、
ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物材料が用いられ、第１
の半導体接合層２３ａとしては水素化アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）が用いられ、第２の半導体接合層
２３ｂとしては微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）が用
いられ、第２の透明導電膜２４としては第１の透明導電
膜２２と同様な材料のものが用いられ、金属膜２５ａ、
２５ｂとしてはＡｌ、Ａｇなどが用いられる。
【０００５】従来の光閉じ込め技術は、本従来例に示す
ように、第１の透明導電膜２２の製膜表面を凹凸形状に
することによって光閉じ込めを実現していた。通常、こ
の凹凸形状の最大高さＲｍａｘは０．１μｍ以上に設定
され、この凹凸形状は透明導電膜２２の製膜条件によっ
て自生的に形成することもできるが、必要であれば適当
なエッチング処理で所望の凹凸形状に追加工することも
できる。なお、第２の半導体接合層２３ｂとして微結晶
シリコンを用いているので、例えば（１１０）配向とな
る製膜条件で膜形成を行なうと、その表面に自生的な凹
凸形状を形成することができ、これによって光閉じ込め
効果をより高めることができていた。
ように、第１の透明導電膜２２の製膜表面を凹凸形状に
することによって光閉じ込めを実現していた。通常、こ
の凹凸形状の最大高さＲｍａｘは０．１μｍ以上に設定
され、この凹凸形状は透明導電膜２２の製膜条件によっ
て自生的に形成することもできるが、必要であれば適当
なエッチング処理で所望の凹凸形状に追加工することも
できる。なお、第２の半導体接合層２３ｂとして微結晶
シリコンを用いているので、例えば（１１０）配向とな
る製膜条件で膜形成を行なうと、その表面に自生的な凹
凸形状を形成することができ、これによって光閉じ込め
効果をより高めることができていた。
【０００６】これらの技術は、例えば特許第２７１３８
４７号、特許第２７７１４１４号、特許第２７８４８４
１号、特許第３０２７６６９号、特許第３０２９１６９
号、特開平５−２１８４６９号、特開平６−１９６７３
８号、特開平１０−１１７００６号、特開平１１−２３
３８００号等に述べられており、いずれにおいても光電
流が増大して変換効率が向上する結果が得られている。
４７号、特許第２７７１４１４号、特許第２７８４８４
１号、特許第３０２７６６９号、特許第３０２９１６９
号、特開平５−２１８４６９号、特開平６−１９６７３
８号、特開平１０−１１７００６号、特開平１１−２３
３８００号等に述べられており、いずれにおいても光電
流が増大して変換効率が向上する結果が得られている。
【０００７】しかしながら、上記従来構造では、半導体
膜が製膜される第１の透明導電膜２２の表面が凹凸形状
を有しているため、第１の半導体接合層２３ａのみなら
ず、第２の半導体接合層２３ｂの形成にあたってもその
凹凸形状が影響し、特に第２の半導体接合層２３ｂが結
晶質Ｓｉで構成されている構造では、その凹凸形状の最
大高さＲｍａｘの程度によっては第２の半導体接合層２
３ｂの膜品質を大幅に低下させてしまうという問題があ
った。すなわち、実質的にフラットな面への結晶質薄膜
成長であれば、凹凸構造に起因した不要な核発生サイト
が少ないので結晶の大粒径化がはかりやすく、また、全
ての結晶がフラット面に対して垂直な方向に成長してい
くために成長した結晶粒どうしが衝突して不要な結晶粒
界を生じさせたりすることがなく、また結晶配向も一方
向にそろいやすく、製膜後表面を好ましい凹凸形状にす
るための結晶配向制御がしやすいという利点があるのに
対して、凹凸構造面上への結晶質薄膜成長ではこれらの
利点が失われてしまい、膜品質が低下してしまうという
問題があった。
膜が製膜される第１の透明導電膜２２の表面が凹凸形状
を有しているため、第１の半導体接合層２３ａのみなら
ず、第２の半導体接合層２３ｂの形成にあたってもその
凹凸形状が影響し、特に第２の半導体接合層２３ｂが結
晶質Ｓｉで構成されている構造では、その凹凸形状の最
大高さＲｍａｘの程度によっては第２の半導体接合層２
３ｂの膜品質を大幅に低下させてしまうという問題があ
った。すなわち、実質的にフラットな面への結晶質薄膜
成長であれば、凹凸構造に起因した不要な核発生サイト
が少ないので結晶の大粒径化がはかりやすく、また、全
ての結晶がフラット面に対して垂直な方向に成長してい
くために成長した結晶粒どうしが衝突して不要な結晶粒
界を生じさせたりすることがなく、また結晶配向も一方
向にそろいやすく、製膜後表面を好ましい凹凸形状にす
るための結晶配向制御がしやすいという利点があるのに
対して、凹凸構造面上への結晶質薄膜成長ではこれらの
利点が失われてしまい、膜品質が低下してしまうという
問題があった。
【０００８】特に太陽電池においては、結晶粒径が小さ
いことによる結晶粒界の増加や、成長結晶粒どうしの衝
突による結晶粒界の生成は、結晶粒界部がリーク電流の
発生経路や光励起キャリアの再結合消滅領域となるた
め、開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、さらに
は短絡電流密度の低下を招き、致命的なマイナス因子と
なっていた。
いことによる結晶粒界の増加や、成長結晶粒どうしの衝
突による結晶粒界の生成は、結晶粒界部がリーク電流の
発生経路や光励起キャリアの再結合消滅領域となるた
め、開放電圧特性の低下や曲線因子特性の低下、さらに
は短絡電流密度の低下を招き、致命的なマイナス因子と
なっていた。
【０００９】なお、上記ではタンデム型を例にとって述
べたものであるが、この型に限らずシングル接合型であ
ってもトリプル接合型であっても、あるいはそれ以上の
多接合型であっても、結晶質シリコン膜が凹凸形状面上
に製膜される条件下では同様の問題が発生するという課
題があった。
べたものであるが、この型に限らずシングル接合型であ
ってもトリプル接合型であっても、あるいはそれ以上の
多接合型であっても、結晶質シリコン膜が凹凸形状面上
に製膜される条件下では同様の問題が発生するという課
題があった。
【００１０】実際、結晶質薄膜シリコン太陽電池におけ
る凹凸形状と開放電圧との関係については、第６１回秋
期応用物理学会予稿集6a-C-6,p.829(2000)、同6a-C-7,
p.830(2000)、12th International PVSEC(June 11-15/20
01, KOREA)p791等で報告されており、凹凸形状の増大
（凹凸構造を形成する凹凸単位の平均サイズ（特性長）
の増大や、凹凸構造を形成する面の基板水平方向に対す
る傾斜角度の増大）とともに短絡電流密度は増大する
が、開放電圧は低下してしまうことが述べられている。
そしてさらに凹凸形状を激しくすれば、ついには短絡電
流密度の低下を招くことも容易に推察される。
る凹凸形状と開放電圧との関係については、第６１回秋
期応用物理学会予稿集6a-C-6,p.829(2000)、同6a-C-7,
p.830(2000)、12th International PVSEC(June 11-15/20
01, KOREA)p791等で報告されており、凹凸形状の増大
（凹凸構造を形成する凹凸単位の平均サイズ（特性長）
の増大や、凹凸構造を形成する面の基板水平方向に対す
る傾斜角度の増大）とともに短絡電流密度は増大する
が、開放電圧は低下してしまうことが述べられている。
そしてさらに凹凸形状を激しくすれば、ついには短絡電
流密度の低下を招くことも容易に推察される。
【００１１】これに対して、本発明者らは特願２００１
−２０６２３号、特願２００１−１００３８９号、およ
び特願２００１−３７６３０５号で上記凹凸形状に起因
した膜品質の低下を抑制できる素子構造を既に開示して
いる。このうちスーパーストレート型についての代表的
構造を図３に示す。図３中、３１は透光性基板、３２は
第１の透明導電膜、３３は半導体層、３４は第２の透明
導電膜、３５は金属膜である。この素子構造では、第１
の透明導電膜３２と半導体層３３との界面はほぼ平坦と
なっているので半導体層３３の電気特性の低下を最小限
に抑えることができる。
−２０６２３号、特願２００１−１００３８９号、およ
び特願２００１−３７６３０５号で上記凹凸形状に起因
した膜品質の低下を抑制できる素子構造を既に開示して
いる。このうちスーパーストレート型についての代表的
構造を図３に示す。図３中、３１は透光性基板、３２は
第１の透明導電膜、３３は半導体層、３４は第２の透明
導電膜、３５は金属膜である。この素子構造では、第１
の透明導電膜３２と半導体層３３との界面はほぼ平坦と
なっているので半導体層３３の電気特性の低下を最小限
に抑えることができる。
【００１２】しかしながら、本発明者らの上記先行出願
においては、各層間の凹凸形状をより望ましい関係にし
て、さらに効果的な光閉じ込め構造とすることが望まれ
る。
においては、各層間の凹凸形状をより望ましい関係にし
て、さらに効果的な光閉じ込め構造とすることが望まれ
る。
【００１３】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、高い光利用効率を実現しつつ
高い半導体膜品質を確保できる光閉じ込め構造を有した
高効率な薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、高い光利用効率を実現しつつ
高い半導体膜品質を確保できる光閉じ込め構造を有した
高効率な薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、透光性基板、第１の透明
導電膜、少なくともひとつの半導体接合を有する半導体
多層膜、第２の透明導電膜、および金属膜が順次積層さ
れた薄膜太陽電池において、前記第１の透明導電膜と半
導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記
第２の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲ
ｍａｘよりも小さいことを特徴とする。
に、請求項１に係る発明では、透光性基板、第１の透明
導電膜、少なくともひとつの半導体接合を有する半導体
多層膜、第２の透明導電膜、および金属膜が順次積層さ
れた薄膜太陽電池において、前記第１の透明導電膜と半
導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記
第２の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲ
ｍａｘよりも小さいことを特徴とする。
【００１５】上記薄膜太陽電池では、前記第１の透明導
電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘ
が０．０８μｍ以下であることが望ましい。
電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘ
が０．０８μｍ以下であることが望ましい。
【００１６】また上記薄膜太陽電池では、前記第２の透
明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが
０．０５μｍ以上であることが望ましい。
明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが
０．０５μｍ以上であることが望ましい。
【００１７】また上記薄膜太陽電池では、前記半導体多
層膜と第２の透明導電膜との界面の凹凸の最大高さＲｍ
ａｘが、前記第１の透明導電膜と半導体多層膜との界面
の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも大きく、かつ、前記第
２の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍ
ａｘよりも小さいことが望ましい。
層膜と第２の透明導電膜との界面の凹凸の最大高さＲｍ
ａｘが、前記第１の透明導電膜と半導体多層膜との界面
の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも大きく、かつ、前記第
２の透明導電膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍ
ａｘよりも小さいことが望ましい。
【００１８】また上記薄膜太陽電池では、前記透光性基
板と第１の透明導電膜との界面が凹凸構造を有している
ことが望ましい。
板と第１の透明導電膜との界面が凹凸構造を有している
ことが望ましい。
【００１９】また上記薄膜太陽電池では、前記第１の透
明導電膜は非晶質相を主成分としていることが望まし
い。
明導電膜は非晶質相を主成分としていることが望まし
い。
【００２０】また上記薄膜太陽電池では、前記第２の透
明導電膜は、金属酸化物材料、シリコン酸化物材料、シ
リコン炭化物材料、ダイヤモンドライクカーボン等の炭
素材料のうちの少なくともいずれかを含むことが望まし
い。
明導電膜は、金属酸化物材料、シリコン酸化物材料、シ
リコン炭化物材料、ダイヤモンドライクカーボン等の炭
素材料のうちの少なくともいずれかを含むことが望まし
い。
【００２１】また上記薄膜太陽電池では、前記第２の透
明導電膜は少なくとも２層からなり、前記半導体多層膜
に接する側は金属酸化物材料からなり、前記金属膜に接
する側は金属酸化物材料、シリコン酸化物材料、または
シリコン炭化物材料やダイヤモンドライクカーボン等の
炭素材料のうちの少なくともいずれかを含むことが望ま
しい。
明導電膜は少なくとも２層からなり、前記半導体多層膜
に接する側は金属酸化物材料からなり、前記金属膜に接
する側は金属酸化物材料、シリコン酸化物材料、または
シリコン炭化物材料やダイヤモンドライクカーボン等の
炭素材料のうちの少なくともいずれかを含むことが望ま
しい。
【００２２】請求項９に係る薄膜太陽電池は、透光性基
板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接合を有す
る半導体多層膜、および金属膜が順次積層された薄膜太
陽電池において、前記透明導電膜と半導体多層膜との界
面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記半導体多層膜と金
属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さいこ
とを特徴とする。
板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接合を有す
る半導体多層膜、および金属膜が順次積層された薄膜太
陽電池において、前記透明導電膜と半導体多層膜との界
面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記半導体多層膜と金
属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さいこ
とを特徴とする。
【００２３】上記薄膜太陽電池では、前記透明導電膜と
半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０８μｍ以下であることが望ましい。
半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０８μｍ以下であることが望ましい。
【００２４】また上記薄膜太陽電池では、前記半導体多
層膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０５μｍ以上であることが望ましい。
層膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０５μｍ以上であることが望ましい。
【００２５】また上記薄膜太陽電池では、前記透光性基
板と透明導電膜との界面が凹凸構造を有していることが
望ましい。
板と透明導電膜との界面が凹凸構造を有していることが
望ましい。
【００２６】また上記薄膜太陽電池では、前記透明導電
膜は非晶質相を主成分としていることが望ましい。
膜は非晶質相を主成分としていることが望ましい。
【００２７】請求項１または請求項９に係る薄膜太陽電
池では、前記半導体多層膜中の少なくともひとつの半導
体接合層の光活性層が、水素化アモルファスシリコン系
膜、結晶質シリコン系膜、カルコパイライト系膜、Ｃｄ
Ｔｅ系膜のうちの少なくともいずれかを含むことが望ま
しい。
池では、前記半導体多層膜中の少なくともひとつの半導
体接合層の光活性層が、水素化アモルファスシリコン系
膜、結晶質シリコン系膜、カルコパイライト系膜、Ｃｄ
Ｔｅ系膜のうちの少なくともいずれかを含むことが望ま
しい。
【００２８】上記薄膜太陽電池では、前記薄膜太陽電池
がシングル接合型で、光活性層が水素化アモルファスシ
リコン系膜、結晶質シリコン系膜、カルコパイライト系
膜、ＣｄＴｅ系膜のうちの少なくともいずれかを含むこ
とが望ましい。
がシングル接合型で、光活性層が水素化アモルファスシ
リコン系膜、結晶質シリコン系膜、カルコパイライト系
膜、ＣｄＴｅ系膜のうちの少なくともいずれかを含むこ
とが望ましい。
【００２９】また上記薄膜太陽電池では、前記薄膜太陽
電池がタンデム接合型で、第１の半導体接合層の光活性
層は水素化アモルファスシリコン系膜を含み、第２の半
導体接合層の光活性層は結晶質シリコン系膜を含むこと
が望ましい。
電池がタンデム接合型で、第１の半導体接合層の光活性
層は水素化アモルファスシリコン系膜を含み、第２の半
導体接合層の光活性層は結晶質シリコン系膜を含むこと
が望ましい。
【００３０】また上記薄膜太陽電池では、前記薄膜太陽
電池がトリプル接合型で、第１の半導体接合層の光活性
層は水素化アモルファスシリコン系膜を含み、第３の半
導体接合層の光活性層は結晶質シリコン系膜を含むこと
が望ましい。
電池がトリプル接合型で、第１の半導体接合層の光活性
層は水素化アモルファスシリコン系膜を含み、第３の半
導体接合層の光活性層は結晶質シリコン系膜を含むこと
が望ましい。
【００３１】また上記薄膜太陽電池では、前記結晶質シ
リコン系膜の光入射側に位置する界面の凹凸の最大高さ
Ｒｍａｘが０．０８μｍ以下であることが望ましい。
リコン系膜の光入射側に位置する界面の凹凸の最大高さ
Ｒｍａｘが０．０８μｍ以下であることが望ましい。
【００３２】また上記薄膜太陽電池では、前記水素化ア
モルファスシリコン系膜中の水素含有量は５％以下であ
ることが望ましい。
モルファスシリコン系膜中の水素含有量は５％以下であ
ることが望ましい。
【００３３】また上記薄膜太陽電池では、前記結晶質シ
リコン系膜中の水素含有量は５％以下であることが望ま
しい。
リコン系膜中の水素含有量は５％以下であることが望ま
しい。
【００３４】また上記薄膜太陽電池では、前記結晶質シ
リコン系膜は基板に垂直な方向に（１１０）配向してい
ることが望ましい。
リコン系膜は基板に垂直な方向に（１１０）配向してい
ることが望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図１を用いて請求項１に係
る発明の実施の形態を説明する。図１中、１１は透光性
基板、１２は第１の透明導電膜、１３は半導体多層膜、
１３ａは第１の半導体接合層、１３ｂは第２の半導体接
合層、１４は第２の透明導電膜、１５ａは第１の取り出
し電極となる金属膜、１５ｂは第２の取り出し電極とな
る金属膜である。
る発明の実施の形態を説明する。図１中、１１は透光性
基板、１２は第１の透明導電膜、１３は半導体多層膜、
１３ａは第１の半導体接合層、１３ｂは第２の半導体接
合層、１４は第２の透明導電膜、１５ａは第１の取り出
し電極となる金属膜、１５ｂは第２の取り出し電極とな
る金属膜である。
【００３６】まず、透光性基板１１を用意する。透光性
基板１１としては、ガラス、プラスチック、樹脂などを
材料とした板材あるいはフィルム材などを用いることが
できる。
基板１１としては、ガラス、プラスチック、樹脂などを
材料とした板材あるいはフィルム材などを用いることが
できる。
【００３７】ここで、透光性基板１１の後述する薄膜が
形成される側の面には、必要に応じて凹凸構造を形成す
ることができる（不図示）。この凹凸構造は後述する光
閉じ込め効果をより促進する働きをすることができる。
この凹凸構造を形成する方法としては、レプリカ法、エ
ッチング法、ブラスト法などがある。レプリカ法では、
予め目的とする凹凸構造のネガ構造を有する金型等のネ
ガレプリカを用意しておき、これによって透光性基板１
１の表面を適当な温度条件でプレス加工すれば比較的低
コストで容易に実現できる。ここで、ネガレプリカを作
製するためのオリジナル凹凸構造としては、例えば結晶
Ｓｉ基板を所定のウェットエッチング条件やドライエッ
チング条件でエッチングすることによって形成されるＳ
ｉ結晶の面方位を反映した凹凸構造を利用することがで
きるし、ＳｎＯ2等の透明導電膜を所定の条件で製膜す
ることによって得られる自生的な表面凹凸構造などを利
用することもでき、得たい凹凸構造に応じて様々な材料
を利用することができる。
形成される側の面には、必要に応じて凹凸構造を形成す
ることができる（不図示）。この凹凸構造は後述する光
閉じ込め効果をより促進する働きをすることができる。
この凹凸構造を形成する方法としては、レプリカ法、エ
ッチング法、ブラスト法などがある。レプリカ法では、
予め目的とする凹凸構造のネガ構造を有する金型等のネ
ガレプリカを用意しておき、これによって透光性基板１
１の表面を適当な温度条件でプレス加工すれば比較的低
コストで容易に実現できる。ここで、ネガレプリカを作
製するためのオリジナル凹凸構造としては、例えば結晶
Ｓｉ基板を所定のウェットエッチング条件やドライエッ
チング条件でエッチングすることによって形成されるＳ
ｉ結晶の面方位を反映した凹凸構造を利用することがで
きるし、ＳｎＯ2等の透明導電膜を所定の条件で製膜す
ることによって得られる自生的な表面凹凸構造などを利
用することもでき、得たい凹凸構造に応じて様々な材料
を利用することができる。
【００３８】また、ウェットエッチング法やドライエッ
チング法でも、酸、アルカリなどの適当な薬液や反応性
ガスを用いることで比較的低コストで容易に凹凸構造を
実現できる。特にドライエッチング法の一種であるＲＩ
Ｅ法を用いれば、ガス種、ガス圧、プラズマパワー等の
エッチング条件によって所望の凹凸形状が得られること
が、例えば特願２０００−３０１４１９号に述べられて
いる。
チング法でも、酸、アルカリなどの適当な薬液や反応性
ガスを用いることで比較的低コストで容易に凹凸構造を
実現できる。特にドライエッチング法の一種であるＲＩ
Ｅ法を用いれば、ガス種、ガス圧、プラズマパワー等の
エッチング条件によって所望の凹凸形状が得られること
が、例えば特願２０００−３０１４１９号に述べられて
いる。
【００３９】次に、第１の透明導電膜１２を形成する。
透明導電膜１２の材料としては、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、Ｚ
ｎＯなど公知の材料を用いることができるが、この後の
Ｓｉ膜を形成するときに、ＳｉＨ4とＨ2を使用すること
に起因した水素ガス雰囲気に曝されることになるので、
耐還元性に優れるＺｎＯ膜を少なくとも最終表面として
形成するのが望ましい。製膜方法としては、ＣＶＤ法、
蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法な
ど公知の技術を用いることができる。第１の透明導電膜
１２の膜厚は、反射防止効果と低抵抗化を考慮して６０
〜５００ｎｍ程度の範囲で調節する。
透明導電膜１２の材料としては、ＳｎＯ2、ＩＴＯ、Ｚ
ｎＯなど公知の材料を用いることができるが、この後の
Ｓｉ膜を形成するときに、ＳｉＨ4とＨ2を使用すること
に起因した水素ガス雰囲気に曝されることになるので、
耐還元性に優れるＺｎＯ膜を少なくとも最終表面として
形成するのが望ましい。製膜方法としては、ＣＶＤ法、
蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法な
ど公知の技術を用いることができる。第１の透明導電膜
１２の膜厚は、反射防止効果と低抵抗化を考慮して６０
〜５００ｎｍ程度の範囲で調節する。
【００４０】酸化物材料からなる透明導電膜は膜厚の増
大とともにその結晶構造に起因した凹凸形状が増大して
いく傾向があり、従来はこの凹凸を積極的に促進して光
閉じ込め効果を実現しようとしていたのであるが、従来
技術とその課題のところで述べたように、この凹凸形状
面への半導体膜の製膜は、電気的に高品質な半導体膜を
形成する観点からは決して望ましいものではない。
大とともにその結晶構造に起因した凹凸形状が増大して
いく傾向があり、従来はこの凹凸を積極的に促進して光
閉じ込め効果を実現しようとしていたのであるが、従来
技術とその課題のところで述べたように、この凹凸形状
面への半導体膜の製膜は、電気的に高品質な半導体膜を
形成する観点からは決して望ましいものではない。
【００４１】そこで本発明では、従来技術とは全く逆
に、できるだけ表面の凹凸形状を強調しないように第１
の透明導電膜１２を形成せしめることを特徴とする。こ
れは、後に述べるように光閉じ込めを行うべき光は素子
裏面電極にまで到達する長波長の光であって、長波長光
の光閉じ込めには光入射側とは反対側の、つまりここで
は裏電極となる金属膜１５ａと第２の透明導電膜１４の
界面に必要な凹凸構造があれば充分効果的たりうるから
である。
に、できるだけ表面の凹凸形状を強調しないように第１
の透明導電膜１２を形成せしめることを特徴とする。こ
れは、後に述べるように光閉じ込めを行うべき光は素子
裏面電極にまで到達する長波長の光であって、長波長光
の光閉じ込めには光入射側とは反対側の、つまりここで
は裏電極となる金属膜１５ａと第２の透明導電膜１４の
界面に必要な凹凸構造があれば充分効果的たりうるから
である。
【００４２】前記第１の透明導電膜１２と後記する半導
体多層膜１３の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０
８μｍ以下、より好ましく０．０５μｍ以下となるよう
に、第１の透明導電膜１２の成膜後の表面の凹凸形状を
制御することが望ましい。
体多層膜１３の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０
８μｍ以下、より好ましく０．０５μｍ以下となるよう
に、第１の透明導電膜１２の成膜後の表面の凹凸形状を
制御することが望ましい。
【００４３】なお、第１の透明導電膜１２の表面の凹凸
形状の最大高さＲｍａｘが不必要に大きい場合は、ドラ
イエッチング法、ウェットエッチング法、機械的研磨
法、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法など
を用いることで、表面の凹凸形状の最大高さＲｍａｘを
自由に緩和調節することができる。また、第１の透明導
電膜１２の結晶構造に起因した不必要な凹凸形状の強調
（最大高さＲｍａｘの増大）を防ぐためには、第１の透
明導電膜１２を非晶質状態で成膜することも有効であ
る。必要であれば、その後、熱アニール処理などによっ
て結晶化させてもよい。
形状の最大高さＲｍａｘが不必要に大きい場合は、ドラ
イエッチング法、ウェットエッチング法、機械的研磨
法、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法など
を用いることで、表面の凹凸形状の最大高さＲｍａｘを
自由に緩和調節することができる。また、第１の透明導
電膜１２の結晶構造に起因した不必要な凹凸形状の強調
（最大高さＲｍａｘの増大）を防ぐためには、第１の透
明導電膜１２を非晶質状態で成膜することも有効であ
る。必要であれば、その後、熱アニール処理などによっ
て結晶化させてもよい。
【００４４】また、第１の透明導電膜１２をゾルゲル法
など液状材料から形成する方法で成膜すれば、その成膜
後の表面形状は自ずからほぼフラットにすることができ
る。
など液状材料から形成する方法で成膜すれば、その成膜
後の表面形状は自ずからほぼフラットにすることができ
る。
【００４５】次に、半導体多層膜１３を形成する。ここ
では図にならってタンデム型を例にとって説明するが、
タンデム型に限らずシングル接合型、トリプル接合型、
あるいはそれ以上の多接合型素子構造についても本実施
例で述べる内容はもちろん適用可能である。また、半導
体材料としては水素化アモルファスシリコンと結晶質シ
リコン膜を例にとって説明するが、水素化アモルファス
シリコンの代わりに水素化アモルファスシリコンゲルマ
ニウム膜や水素化アモルファスシリコンカーバイド膜等
の水素化アモルファスシリコン系膜を、結晶質シリコン
膜の代わりに結晶質シリコンゲルマニウム膜等の結晶質
シリコン系膜を用いることもできる。さらにはシリコン
系材料に限定することなく、例えばＣｕＩｎＳｅ2、Ｃ
ｕＩｎxＧａ1-xＳｅ2等のカルコパイライト系材料やＣ
ｄＴｅ系材料等の化合物半導体材料を用いることもでき
る。
では図にならってタンデム型を例にとって説明するが、
タンデム型に限らずシングル接合型、トリプル接合型、
あるいはそれ以上の多接合型素子構造についても本実施
例で述べる内容はもちろん適用可能である。また、半導
体材料としては水素化アモルファスシリコンと結晶質シ
リコン膜を例にとって説明するが、水素化アモルファス
シリコンの代わりに水素化アモルファスシリコンゲルマ
ニウム膜や水素化アモルファスシリコンカーバイド膜等
の水素化アモルファスシリコン系膜を、結晶質シリコン
膜の代わりに結晶質シリコンゲルマニウム膜等の結晶質
シリコン系膜を用いることもできる。さらにはシリコン
系材料に限定することなく、例えばＣｕＩｎＳｅ2、Ｃ
ｕＩｎxＧａ1-xＳｅ2等のカルコパイライト系材料やＣ
ｄＴｅ系材料等の化合物半導体材料を用いることもでき
る。
【００４６】まず、水素化アモルファスシリコン膜を光
活性層に含む第１の半導体接合層１３ａを形成する。具
体的には、ｐ型層（ｎ型層）／光活性層／ｎ型層（ｐ型
層）構造とし（不図示）、光活性層はｉ型とするのが望
ましい。
活性層に含む第１の半導体接合層１３ａを形成する。具
体的には、ｐ型層（ｎ型層）／光活性層／ｎ型層（ｐ型
層）構造とし（不図示）、光活性層はｉ型とするのが望
ましい。
【００４７】製膜方法としては、プラズマＣＶＤ（ＰＥ
ＣＶＤ）法や触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ−ＣＶＤ）法の他に、
本発明者らが先に特願２０００−１３０８５８、特願２
００１−２９３０３１、および特願２００２−３８６８
６で提案しているＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いることが
できる。特にＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いれば高速かつ
高品質の膜形成が可能である。
ＣＶＤ）法や触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ−ＣＶＤ）法の他に、
本発明者らが先に特願２０００−１３０８５８、特願２
００１−２９３０３１、および特願２００２−３８６８
６で提案しているＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いることが
できる。特にＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いれば高速かつ
高品質の膜形成が可能である。
【００４８】ｐ型層（ｎ型層）については、水素化アモ
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は前記材料に応じ
て２〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元
素濃度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度
として、実質的にはｐ+型（ｎ+型）とする。なお製膜時
に用いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスである
Ｂ2Ｈ6（ＰＨ3）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭
素）を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得ら
れ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であると
ともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有
効である。また、Ｃ以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ
（窒素）を含むガスを適量混合させることでも同様な効
果を得ることができる。
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は前記材料に応じ
て２〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元
素濃度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度
として、実質的にはｐ+型（ｎ+型）とする。なお製膜時
に用いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスである
Ｂ2Ｈ6（ＰＨ3）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭
素）を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得ら
れ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であると
ともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有
効である。また、Ｃ以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ
（窒素）を含むガスを適量混合させることでも同様な効
果を得ることができる。
【００４９】光活性層については水素化アモルファスシ
リコン膜を用い、膜厚は０．１〜０．５μｍ程度の範囲
で調節する。導電型は基本的にはｉ型とするが、内部電
界強度分布の微調整を目的に、ｎ-型（ｐ-型）とする場
合もある（実際にはノンドープ膜であってもわずかにｎ
型特性を示すのが通例である）。なお、水素化アモルフ
ァスシリコン膜の製膜方法としてＣａｔ−ＣＶＤ法ある
いはＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いれば、従来のＰＥＣＶ
Ｄ法では実現困難な膜中水素濃度が５％以下、より好ま
しくは３．５％以下の低水素濃度の膜が得られ、水素化
アモルファスシリコン膜が抱える長年の課題である光劣
化の程度を低減することができる。
リコン膜を用い、膜厚は０．１〜０．５μｍ程度の範囲
で調節する。導電型は基本的にはｉ型とするが、内部電
界強度分布の微調整を目的に、ｎ-型（ｐ-型）とする場
合もある（実際にはノンドープ膜であってもわずかにｎ
型特性を示すのが通例である）。なお、水素化アモルフ
ァスシリコン膜の製膜方法としてＣａｔ−ＣＶＤ法ある
いはＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いれば、従来のＰＥＣＶ
Ｄ法では実現困難な膜中水素濃度が５％以下、より好ま
しくは３．５％以下の低水素濃度の膜が得られ、水素化
アモルファスシリコン膜が抱える長年の課題である光劣
化の程度を低減することができる。
【００５０】ｎ型層（ｐ型層）については、水素化アモ
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｎ+型（ｐ+型）とする。なお製膜時に用
いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＰＨ
3（Ｂ2Ｈ6）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭素）
を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得られ、光
吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向
上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、Ｃ
以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ（窒素）を含むガス
を適量混合させることでも同様な効果を得ることができ
る。
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｎ+型（ｐ+型）とする。なお製膜時に用
いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＰＨ
3（Ｂ2Ｈ6）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭素）
を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得られ、光
吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向
上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、Ｃ
以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ（窒素）を含むガス
を適量混合させることでも同様な効果を得ることができ
る。
【００５１】なお、接合特性をより改善するために、ｐ
型層（ｎ型層）と光活性層との間や光活性層とｎ型層
（ｐ型層）との間に実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ層や非
単結晶ＳｉxＣ1-x層を挿入してもよい。このときの挿入
層の厚さは０．５〜５０ｎｍ程度とする。
型層（ｎ型層）と光活性層との間や光活性層とｎ型層
（ｐ型層）との間に実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ層や非
単結晶ＳｉxＣ1-x層を挿入してもよい。このときの挿入
層の厚さは０．５〜５０ｎｍ程度とする。
【００５２】次に、結晶質シリコン膜を光活性層に含む
第２の半導体接合層１３ｂを形成する。具体的にはｐ型
層（ｎ型層）／光活性層／ｎ型層（ｐ型層）とし（不図
示）、光活性層はｉ型とするのが望ましい。製膜方法と
しては、上記したＰＥＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法、お
よびＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いることができる。特に
Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ法では高速かつ高品質の膜形成が可
能である。
第２の半導体接合層１３ｂを形成する。具体的にはｐ型
層（ｎ型層）／光活性層／ｎ型層（ｐ型層）とし（不図
示）、光活性層はｉ型とするのが望ましい。製膜方法と
しては、上記したＰＥＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法、お
よびＣａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いることができる。特に
Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ法では高速かつ高品質の膜形成が可
能である。
【００５３】ｐ型層（ｎ型層）については、水素化アモ
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｐ+型（ｎ+型）とする。なお、製膜時に
用いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＢ
2Ｈ6（ＰＨ3）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭
素）を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得ら
れ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であると
ともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有
効である。また、Ｃ以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ
（窒素）を含むガスを適量混合させることでも同様な効
果を得ることができる。
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｐ+型（ｎ+型）とする。なお、製膜時に
用いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＢ
2Ｈ6（ＰＨ3）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭
素）を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得ら
れ、光吸収ロスの少ない窓層形成に非常に有効であると
ともに、開放電圧向上のための暗電流成分の低減にも有
効である。また、Ｃ以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ
（窒素）を含むガスを適量混合させることでも同様な効
果を得ることができる。
【００５４】光活性層については微結晶シリコン膜に代
表される結晶質シリコン膜を用い、膜厚は１〜３μｍ程
度の範囲で調節する。導電型は基本的にはｉ型とする
が、内部電界強度分布の微調整を目的に、ｎ-型（ｐ
-型）とする場合もある。このとき膜中水素濃度につい
ては、５％以下、より好ましくは３．５％以下とする。
また膜構造としては、（１１０）配向の柱状結晶粒の集
合体として製膜後の表面形状が光閉じ込めに適した自生
的な凹凸構造となるようにするのが望ましい。なお、結
晶質シリコン膜の製膜方法として特にＣａｔ−ＰＥＣＶ
Ｄ法を用いれば比較的低い水素希釈率であっても容易に
結晶化を促進できるので高速製膜には特に好適である。
表される結晶質シリコン膜を用い、膜厚は１〜３μｍ程
度の範囲で調節する。導電型は基本的にはｉ型とする
が、内部電界強度分布の微調整を目的に、ｎ-型（ｐ
-型）とする場合もある。このとき膜中水素濃度につい
ては、５％以下、より好ましくは３．５％以下とする。
また膜構造としては、（１１０）配向の柱状結晶粒の集
合体として製膜後の表面形状が光閉じ込めに適した自生
的な凹凸構造となるようにするのが望ましい。なお、結
晶質シリコン膜の製膜方法として特にＣａｔ−ＰＥＣＶ
Ｄ法を用いれば比較的低い水素希釈率であっても容易に
結晶化を促進できるので高速製膜には特に好適である。
【００５５】ｎ型層（ｐ型層）については、水素化アモ
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｎ+型（ｐ+型）とする。なお製膜時に用
いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＰＨ
3（Ｂ2Ｈ6）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭素）
を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得られ、光
吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向
上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、Ｃ
以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ（窒素）を含むガス
を適量混合させることでも同様な効果を得ることができ
る。
ルファスシリコン膜や微結晶シリコン膜を含む結晶質シ
リコン膜を用いることができる。膜厚は材料に応じて２
〜１００ｎｍ程度の範囲で調節する。ドーピング元素濃
度については１×１Ｅ１８〜１Ｅ２１／ｃｍ3程度とし
て、実質的にはｎ+型（ｐ+型）とする。なお製膜時に用
いるＳｉＨ4、Ｈ2、およびドーピング用ガスであるＰＨ
3（Ｂ2Ｈ6）などのガスに加えてＣＨ4などのＣ（炭素）
を含むガスを適量混合すればＳｉxＣ1-x膜が得られ、光
吸収ロスの少ない膜形成ができるとともに、開放電圧向
上のための暗電流成分の低減にも有効である。また、Ｃ
以外にもＯ（酸素）を含むガスやＮ（窒素）を含むガス
を適量混合させることでも同様な効果を得ることができ
る。
【００５６】なお、接合特性をより改善するためにｐ型
層（ｎ型層）と光活性層の間や光活性層とｎ型層（ｐ型
層）の間に実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ層を挿入しても
よい。このときの挿入層の厚さは０．５〜５０ｎｍ程度
とする。
層（ｎ型層）と光活性層の間や光活性層とｎ型層（ｐ型
層）の間に実質的にｉ型の非単結晶Ｓｉ層を挿入しても
よい。このときの挿入層の厚さは０．５〜５０ｎｍ程度
とする。
【００５７】次に、第２の透明導電膜１４を形成する。
透明導電膜材料としては、金属酸化物材料としてのＳｎ
Ｏ2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの他に、シリコン酸化物材
料、シリコン炭化物材料、シリコン窒化物材料、ダイヤ
モンドライクカーボン等の炭素材料などを用いることが
できる。製膜方法としては、ＣＶＤ法、蒸着法、イオン
プレーティング法、スパッタリング法、およびゾルゲル
法など公知の技術を用いることができる。必要であれば
適当なドープ元素を含んだ材料を製膜時に製膜原料に混
ぜることよって導電性を付与して制御することができ
る。
透明導電膜材料としては、金属酸化物材料としてのＳｎ
Ｏ2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの他に、シリコン酸化物材
料、シリコン炭化物材料、シリコン窒化物材料、ダイヤ
モンドライクカーボン等の炭素材料などを用いることが
できる。製膜方法としては、ＣＶＤ法、蒸着法、イオン
プレーティング法、スパッタリング法、およびゾルゲル
法など公知の技術を用いることができる。必要であれば
適当なドープ元素を含んだ材料を製膜時に製膜原料に混
ぜることよって導電性を付与して制御することができ
る。
【００５８】光散乱効果を高めるためには、製膜後の凹
凸形状ができるだけ強調されるような製膜条件を選び、
第２の透明導電膜１４と後述する金属膜１５ａとの界面
の凹凸形状の最大高さＲｍａｘが、上記第１の透明導電
膜１２と半導体多層膜１３との界面の凹凸形状の最大高
さＲｍａｘよりも大きくなるようにする。こうすること
で、金属膜１５ａに達した長波長光は有効に散乱反射さ
れて半導体多層膜１３内部を多数回反射往復できるよう
になる。すなわち、光閉じ込めが有効に行われるように
なる。
凸形状ができるだけ強調されるような製膜条件を選び、
第２の透明導電膜１４と後述する金属膜１５ａとの界面
の凹凸形状の最大高さＲｍａｘが、上記第１の透明導電
膜１２と半導体多層膜１３との界面の凹凸形状の最大高
さＲｍａｘよりも大きくなるようにする。こうすること
で、金属膜１５ａに達した長波長光は有効に散乱反射さ
れて半導体多層膜１３内部を多数回反射往復できるよう
になる。すなわち、光閉じ込めが有効に行われるように
なる。
【００５９】なお、第２の透明導電膜１４と後述する金
属膜１５ａとの界面の凹凸形状の最大高さＲｍａｘが、
半導体多層膜１３と第２の透明導電膜１４との界面の凹
凸形状の最大高さＲｍａｘ以上となるようにすれば、光
散乱がより促進されるので、より効果的な光閉じ込めを
実現できる。このとき、第２の透明導電膜１４と後記す
る金属膜１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０５μｍ以上、より好ましくは０．０８μｍとなるよう
に、第２の透明導電膜１４の成膜後の表面の凹凸形状を
制御することが望ましい。
属膜１５ａとの界面の凹凸形状の最大高さＲｍａｘが、
半導体多層膜１３と第２の透明導電膜１４との界面の凹
凸形状の最大高さＲｍａｘ以上となるようにすれば、光
散乱がより促進されるので、より効果的な光閉じ込めを
実現できる。このとき、第２の透明導電膜１４と後記す
る金属膜１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．
０５μｍ以上、より好ましくは０．０８μｍとなるよう
に、第２の透明導電膜１４の成膜後の表面の凹凸形状を
制御することが望ましい。
【００６０】なお、第２の透明導電膜１４を単層膜で形
成するだけでは上記凹凸形状の形成が困難である場合
は、第２の透明導電膜１４を半導体多層膜１３に接する
第１の透光性導電膜１４ａおよび金属膜１５ａに接する
第２の透光性導電膜１４ｂを少なくとも含む多層膜構造
とすることで上記凹凸形状をより容易に実現することが
できる（不図示）。
成するだけでは上記凹凸形状の形成が困難である場合
は、第２の透明導電膜１４を半導体多層膜１３に接する
第１の透光性導電膜１４ａおよび金属膜１５ａに接する
第２の透光性導電膜１４ｂを少なくとも含む多層膜構造
とすることで上記凹凸形状をより容易に実現することが
できる（不図示）。
【００６１】具体例として２層構造の場合について述べ
ると、まず第１の透光性導電膜１４ａとしては、ＳｎＯ
2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物材料を前記手法で
形成する。続いて第２の透光性導電膜１４ｂとして、金
属酸化物材料、シリコン酸化物材料、シリコン炭化物材
料、シリコン窒化物材料、ダイヤモンドライクカーボン
等の炭素材料、高分子材料のうちのいずれか一種以上を
含む材料からなり、その表面の凹凸形状の最大高さＲｍ
ａｘが第１の透光性導電膜１４ａの成膜後の表面の凹凸
形状の最大高さＲｍａｘよりも大きくなるように前記手
法で形成する。第２の透光性導電膜１４ｂを高分子材料
で形成する場合は、スクリーン印刷法、スピンコート
法、スプレーコート法などの公知の塗布技術を用いるこ
とができる。このとき高分子材料としては導電性高分子
材料を用いるのが望ましいが、導電性の粉末などを必要
量含有させれば、仮に高分子材料が絶縁物であったとし
ても導電性膜としての機能を実現できる。
ると、まず第１の透光性導電膜１４ａとしては、ＳｎＯ
2、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの金属酸化物材料を前記手法で
形成する。続いて第２の透光性導電膜１４ｂとして、金
属酸化物材料、シリコン酸化物材料、シリコン炭化物材
料、シリコン窒化物材料、ダイヤモンドライクカーボン
等の炭素材料、高分子材料のうちのいずれか一種以上を
含む材料からなり、その表面の凹凸形状の最大高さＲｍ
ａｘが第１の透光性導電膜１４ａの成膜後の表面の凹凸
形状の最大高さＲｍａｘよりも大きくなるように前記手
法で形成する。第２の透光性導電膜１４ｂを高分子材料
で形成する場合は、スクリーン印刷法、スピンコート
法、スプレーコート法などの公知の塗布技術を用いるこ
とができる。このとき高分子材料としては導電性高分子
材料を用いるのが望ましいが、導電性の粉末などを必要
量含有させれば、仮に高分子材料が絶縁物であったとし
ても導電性膜としての機能を実現できる。
【００６２】なお、第２の透明導電膜１４の表面の凹凸
形状は、前記成膜方法の成膜条件によっても制御可能で
あるが、必要であれば後処理として、ドライエッチング
法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法、などを
用いた凹凸化促進処理を施すことができる。
形状は、前記成膜方法の成膜条件によっても制御可能で
あるが、必要であれば後処理として、ドライエッチング
法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法、などを
用いた凹凸化促進処理を施すことができる。
【００６３】最後に、取り出し電極１および取り出し電
極２となる金属膜１５ａおよび金属膜１５ｂを形成す
る。金属材料としては、導電特性および光反射特性に優
れるＡｌ、Ａｇなどを用いるのが望ましい。製膜方法と
しては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法、スクリーン印刷法などの公知の技術を使用でき
る。電極パターンについては、マスキング法、リフトオ
フ法などを用いて所望のパターンに形成することができ
る。このとき膜厚は、０．１μｍ程度以上とする。な
お、金属膜１５ａと第２の透明導電膜１４、あるいは金
属膜１５ｂと第１の透明導電膜１２との間の接着強度が
弱い場合は、Ｔｉなどの酸化しやすい金属薄膜を厚さ１
〜１０ｎｍ程度で上記２つの膜の間に介在させるように
するとよい。
極２となる金属膜１５ａおよび金属膜１５ｂを形成す
る。金属材料としては、導電特性および光反射特性に優
れるＡｌ、Ａｇなどを用いるのが望ましい。製膜方法と
しては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法、スクリーン印刷法などの公知の技術を使用でき
る。電極パターンについては、マスキング法、リフトオ
フ法などを用いて所望のパターンに形成することができ
る。このとき膜厚は、０．１μｍ程度以上とする。な
お、金属膜１５ａと第２の透明導電膜１４、あるいは金
属膜１５ｂと第１の透明導電膜１２との間の接着強度が
弱い場合は、Ｔｉなどの酸化しやすい金属薄膜を厚さ１
〜１０ｎｍ程度で上記２つの膜の間に介在させるように
するとよい。
【００６４】以上説明した素子構造とすれば、第１の透
明導電膜１２と半導体多層膜１３の界面の凹凸の最大高
さＲｍａｘが、第２の透明導電膜１４と金属膜たる取り
出し電極１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも
小さい素子構造を実現できる。つまり、半導体膜形成に
あたっては、第１の透明導電膜１２の被製膜面の凹凸の
最大高さＲｍａｘが小さいので、膜品質を低下させるこ
となく製膜することが可能となり、一方、光閉じ込めに
ついては、第２の透明導電膜１４と金属膜たる取り出し
電極１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが大きいの
で、取り出し電極１５ａまで到達した長波長光を有効に
散乱反射することができ、効果的な光閉じ込め構造を実
現することができる。つまり、半導体多層膜１３の電気
特性の低下を最小限に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが
可能となるので、高効率な薄膜太陽電池を製造すること
ができる。
明導電膜１２と半導体多層膜１３の界面の凹凸の最大高
さＲｍａｘが、第２の透明導電膜１４と金属膜たる取り
出し電極１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも
小さい素子構造を実現できる。つまり、半導体膜形成に
あたっては、第１の透明導電膜１２の被製膜面の凹凸の
最大高さＲｍａｘが小さいので、膜品質を低下させるこ
となく製膜することが可能となり、一方、光閉じ込めに
ついては、第２の透明導電膜１４と金属膜たる取り出し
電極１５ａの界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが大きいの
で、取り出し電極１５ａまで到達した長波長光を有効に
散乱反射することができ、効果的な光閉じ込め構造を実
現することができる。つまり、半導体多層膜１３の電気
特性の低下を最小限に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが
可能となるので、高効率な薄膜太陽電池を製造すること
ができる。
【００６５】次に、請求項９に係る発明の実施例を説明
するが、これは請求項１に係る発明の実施例における第
２の透明導電膜１４を省いたタイプである。すなわち、
透光性基板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接
合を有する半導体多層膜、金属膜が順次積層され、透明
導電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａ
ｘが、半導体多層膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さ
Ｒｍａｘよりも小さくなるように構成した薄膜太陽電池
である。ここで、透明導電膜１２と半導体多層膜１３の
界面の凹凸の最大高さＲｍａｘは０．０８μｍ以下、よ
り好ましくは０．０５μｍ以下であることが望ましく、
また、前記半導体多層膜１３と金属膜１５ａの界面の凹
凸の最大高さＲｍａｘは０．０５μｍ以上、より好まし
くは０．０８μｍ以上であることが望ましい。
するが、これは請求項１に係る発明の実施例における第
２の透明導電膜１４を省いたタイプである。すなわち、
透光性基板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接
合を有する半導体多層膜、金属膜が順次積層され、透明
導電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａ
ｘが、半導体多層膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さ
Ｒｍａｘよりも小さくなるように構成した薄膜太陽電池
である。ここで、透明導電膜１２と半導体多層膜１３の
界面の凹凸の最大高さＲｍａｘは０．０８μｍ以下、よ
り好ましくは０．０５μｍ以下であることが望ましく、
また、前記半導体多層膜１３と金属膜１５ａの界面の凹
凸の最大高さＲｍａｘは０．０５μｍ以上、より好まし
くは０．０８μｍ以上であることが望ましい。
【００６６】本構造とすることで、請求項１に係る発明
の実施例のところでも述べたような、半導体膜の品質を
低下させることなく、同時に効果的な光閉じ込めが行え
るようになるので、やはり高効率な薄膜太陽電池の製造
が可能となる。詳細な実施の形態とその効果について
は、第２の透明導電膜１４を省いた点以外は請求項１に
係る発明の実施例のところで述べたものとほぼ同じであ
るので省略する。
の実施例のところでも述べたような、半導体膜の品質を
低下させることなく、同時に効果的な光閉じ込めが行え
るようになるので、やはり高効率な薄膜太陽電池の製造
が可能となる。詳細な実施の形態とその効果について
は、第２の透明導電膜１４を省いた点以外は請求項１に
係る発明の実施例のところで述べたものとほぼ同じであ
るので省略する。
【００６７】
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、第１の透明導電膜と半導体多層膜の界面の凹凸の
最大高さＲｍａｘが、第２の透明導電膜と金属膜たる取
り出し電極の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さ
い素子構造を実現できるので、半導体膜形成にあたって
は、その膜品質を低下させることなく製膜することが可
能となり、一方、光閉じ込めについては、取り出し電極
まで到達した長波長光を効果的に散乱反射することがで
きるので、効果的な光閉じ込め構造を実現することがで
きる。つまり、半導体多層膜の電気特性の低下を最小限
に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが可能となるので、高
効率な薄膜太陽電池を製造することができる。
れば、第１の透明導電膜と半導体多層膜の界面の凹凸の
最大高さＲｍａｘが、第２の透明導電膜と金属膜たる取
り出し電極の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さ
い素子構造を実現できるので、半導体膜形成にあたって
は、その膜品質を低下させることなく製膜することが可
能となり、一方、光閉じ込めについては、取り出し電極
まで到達した長波長光を効果的に散乱反射することがで
きるので、効果的な光閉じ込め構造を実現することがで
きる。つまり、半導体多層膜の電気特性の低下を最小限
に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが可能となるので、高
効率な薄膜太陽電池を製造することができる。
【００６８】また、請求項９に係る発明によれば、透光
性基板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接合を
有する半導体多層膜、および金属膜が順次積層された薄
膜太陽電池において、上記透明導電膜と半導体多層膜と
の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが上記半導体多層膜と
金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さい
ことから、半導体膜の品質を低下させることなく製膜す
ることが可能となり、一方、光閉じ込めについては、取
り出し電極まで到達した長波長光を効果的に散乱反射す
ることができるので、効果的な光閉じ込め構造を実現す
ることができる。つまり、半導体多層膜の電気特性の低
下を最小限に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが可能とな
るので、高効率な薄膜太陽電池を製造することができ
る。
性基板、透明導電膜、少なくともひとつの半導体接合を
有する半導体多層膜、および金属膜が順次積層された薄
膜太陽電池において、上記透明導電膜と半導体多層膜と
の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが上記半導体多層膜と
金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さい
ことから、半導体膜の品質を低下させることなく製膜す
ることが可能となり、一方、光閉じ込めについては、取
り出し電極まで到達した長波長光を効果的に散乱反射す
ることができるので、効果的な光閉じ込め構造を実現す
ることができる。つまり、半導体多層膜の電気特性の低
下を最小限に抑えつつ、高効率な光閉じ込めが可能とな
るので、高効率な薄膜太陽電池を製造することができ
る。
【図１】本発明の薄膜太陽電池の一実施形態を示す断面
図である。
図である。
【図２】従来の薄膜太陽電池を示す断面図である。
【図３】従来の他の薄膜太陽電池を示す断面図である。
１１：透光性基板、１２第１の透明導電膜、１３：半導
体多層膜、１４：第２の透明導電膜、１５ａ：金属膜
体多層膜、１４：第２の透明導電膜、１５ａ：金属膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 政博
鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株
式会社総合研究所内
Ｆターム(参考） 5F051 AA04 AA05 AA09 AA10 CA02
CA03 CA04 CA15 CB12 CB14
CB15 DA04 DA15 FA02 FA03
FA04 FA18 FA19 GA14
Claims (21)
- 【請求項１】 透光性基板、第１の透明導電膜、少なく
ともひとつの半導体接合を有する半導体多層膜、第２の
透明導電膜、および金属膜が順次積層された薄膜太陽電
池において、前記第１の透明導電膜と半導体多層膜との
界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記第２の透明導電
膜と金属膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小
さいことを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項２】 前記第１の透明導電膜と半導体多層膜と
の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０８μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項３】 前記第２の透明導電膜と金属膜との界面
の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０５μｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項４】 前記半導体多層膜と第２の透明導電膜と
の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが、前記第１の透明導
電膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘ
よりも大きく、かつ、前記第２の透明導電膜と金属膜と
の界面の凹凸の最大高さＲｍａｘよりも小さいことを特
徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜太陽
電池。 - 【請求項５】 前記透光性基板と第１の透明導電膜との
界面が凹凸構造を有していることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項６】 前記第１の透明導電膜は非晶質相を主成
分としていることを特徴とする請求項１ないし５のいず
れかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項７】 前記第２の透明導電膜は、金属酸化物材
料、シリコン酸化物材料、シリコン炭化物材料、ダイヤ
モンドライクカーボン等の炭素材料のうちの少なくとも
いずれかを含むことを特徴とする請求項１ないし６のず
れかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項８】前記第２の透明導電膜は少なくとも２層か
らなり、前記半導体多層膜に接する側は金属酸化物材料
からなり、前記金属膜に接する側は金属酸化物材料、シ
リコン酸化物材料、またはシリコン炭化物材料やダイヤ
モンドライクカーボン等の炭素材料のうちの少なくとも
いずれかを含むことを特徴とする請求項１ないし７のい
ずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項９】 透光性基板、透明導電膜、少なくともひ
とつの半導体接合を有する半導体多層膜、および金属膜
が順次積層された薄膜太陽電池において、前記透明導電
膜と半導体多層膜との界面の凹凸の最大高さＲｍａｘ
が、前記半導体多層膜と金属膜との界面の凹凸の最大高
さＲｍａｘよりも小さいことを特徴とする薄膜太陽電
池。 - 【請求項１０】 前記透明導電膜と半導体多層膜との界
面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０８μｍ以下である
ことを特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１１】 前記半導体多層膜と金属膜との界面の
凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０５μｍ以上であること
を特徴とする請求項９に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１２】 前記透光性基板と透明導電膜との界面
が凹凸構造を有していることを特徴とする請求項９ない
し１１のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１３】 前記透明導電膜は非晶質相を主成分と
していることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれ
かに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１４】 前記半導体多層膜中の少なくともひと
つの半導体接合層の光活性層が、水素化アモルファスシ
リコン系膜、結晶質シリコン系膜、カルコパイライト系
膜、ＣｄＴｅ系膜のうちの少なくともいずれかを含むこ
とを特徴とする請求項１または請求項９に記載の薄膜太
陽電池。 - 【請求項１５】 前記薄膜太陽電池がシングル接合型
で、光活性層が水素化アモルファスシリコン系膜、結晶
質シリコン系膜、カルコパイライト系膜、ＣｄＴｅ系膜
のうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請
求項１または請求項９に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１６】 前記薄膜太陽電池がタンデム接合型
で、第１の半導体接合層の光活性層は水素化アモルファ
スシリコン系膜を含み、第２の半導体接合層の光活性層
は結晶質シリコン系膜を含むことを特徴とする請求項１
または請求項９に記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１７】 前記薄膜太陽電池がトリプル接合型
で、第１の半導体接合層の光活性層は水素化アモルファ
スシリコン系膜を含み、第３の半導体接合層の光活性層
は結晶質シリコン系膜を含むことを特徴とする請求項１
または請求項９の薄膜太陽電池。 - 【請求項１８】 前記結晶質シリコン系膜の光入射側に
位置する界面の凹凸の最大高さＲｍａｘが０．０８μｍ
以下であることを特徴とする請求項１５または１６に記
載の薄膜太陽電池。 - 【請求項１９】 前記水素化アモルファスシリコン系膜
中の水素含有量は５％以下であることを特徴とする請求
項１４ないし１７のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項２０】 前記結晶質シリコン系膜中の水素含有
量は５％以下であることを特徴とする請求項１４ないし
１７のいずれかに記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項２１】 前記結晶質シリコン系膜は基板に垂直
な方向に（１１０）配向していることを特徴とする請求
項１４ないし１７のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002078196A JP2003282902A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002078196A JP2003282902A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 薄膜太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282902A true JP2003282902A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29228272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002078196A Pending JP2003282902A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282902A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2009041659A1 (ja) | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Fujifilm Corporation | 太陽電池 |
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-
2002
- 2002-03-20 JP JP2002078196A patent/JP2003282902A/ja active Pending
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